При этом для обеспечения наглядности представляемого материала на рисунках рассматривалось изменение либо абсолютной ЕЗВ , либо относительной величины амплитуды звуковой волны (параметра ЕЗВ ). В расчёте моделировались участки нормальных и катастрофических износов инструментов, соответствующих стационарному и нестационарному характеру изменения параметра ЕЗВ.
Для достижения данной цели решение системы уравнений и проводились неоднократно при изменении времени резания от 0 до Т, равного периоду стойкости (ресурсу) с шагом по времени Dt = 1с. Одновременно на каждом временном шаге определялись частотные характеристики колебаний модели при последовательном изменении частоты от 0 до 2 500 –3 000 Гц с шагом по частоте D f = 10 Гц.
Для оценки достоверности разработанных моделей в расчете в дополнение к тренду амплитуды звуковой волны исследовались: – характер изменения с течением времени временной реализации звука; – профиль шероховатости; – тренд профиля шероховатости; – трёхмерные диаграммы изменения одновременно по частоте и по времени спектра звука; – трёхмерные диаграммы изменения одновременно по частоте и по времени профиля шероховатости.
Фактический и расчетный спектры звука, сопровождающего процесс резания, которые визуально достаточно хорошо совпадают друг с другом. Об этом же свидетельствует и количественная оценка степени их совпадения, описываемая коэффициентом их корреляции, равным 0,684 для обрабатывающей системы токарного станка и R, равным 0,623 для обрабатывающей системы фрезерного станка.
Максимальный вклад в звуковое поле, сопровождающее процесс резания при точении и фрезеровании, вносит звук, генерируемый режущим лезвием (зубом фрезы). Частота f измерялась в герцах, длительность резания τ в минутах, уровень звука в паскалях. Эта информация показывает, что модель достаточно хорошо воспроизводит не только частотное наполнение звука, но и близко к реальному описывает характер изменения частотных составляющих во времени.
Результаты расчетов показывают, что модель достаточно хорошо воспроизводит не только частотное наполнение звука, но и близко к реальному описывает характеристики процесса металлообработки. Результаты расчета напряжений, контактных усилий, шероховатости и профиля шероховатости, приведенные на этих рисунках, соответствуют реальным физически реализуемым значениям этих величин. Все это свидетельствует о достоверности разработанных моделей типовых технологических систем, предназначенных для обработки точением и фрезерованием. Наиболее важными являются расчеты, описывающие характер изменения тренда параметра ЕЗВ по мере износа и последующего разрушения режущего лезвия. Коэффициенты корреляции между расчетными и экспериментальными значениями параметров ЕЗВ при точении и фрезеровании соответственно следующие: R = 0,993 и R = 0,965.
Результаты показывают, что на участке нормального износа инструмента (участок АВ на кривой износа) параметр ЕЗВ стабилен по величине и даже несколько уменьшается, а далее при переходе на участок катастрофического износа (участок В1С) параметр ЕЗВ возрастает.
Принципиально важным результатом расчётов является также установление факта идентичности трендов параметра ЕЗВ , контактного усилия и шероховатости. Результаты исследований показывают, что на участке нормального износа инструмента, а также квазистационарного (до критического развития трещины) параметр ЕЗВ достаточно стабилен по величине, а далее на участке катастрофического износа и развития трещины данный параметр начинает резко возрастать.
Точность прогнозирования момента перехода от участка стабильного изменения тренда параметра ЕЗВ на участок его резкого изменения является ключевой проблемой диагностического контроля состояния инструмента. Следует отметить, что подобное поведение тренда звука, сопровождающего процесс обработки различных материалов резанием, достаточно широко освещен в соответствующей технической литературе. Так при износе главной задней поверхности лезвия инструмента, изменение временной реализации звука в зависимости от стадии износа инструмента, изменение средней квадратической величины акустической эмиссии от износа З h и вид трёхмерной диаграммы «уровень звука – частота – число проходов» инструмента показывает яркую зависимость. Эти данные подтверждают результаты настоящего математического моделирования.
